Fluido y calor

Calor

   La materia está formada por partículas en permanente movimiento. La energía debida al movimiento de todas las partículas de un cuerpo se denomina como Energía interna o calor. Un cuerpo en reposo no tiene energía cinética pero sí energía interna.

   El calor latente es la cantidad de energía necesaria para que cierta sustancia cambie de estado. Existe el calor latente de fusión y el calor latente de ebullición.

   La temperatura es una forma de expresar la energía interna de un cuerpo porque la energía no es materia, solo se la puede ver a través de los cuerpos. Si la temperatura es elevada significa que las partículas vibran a gran velocidad. Uno de los efectos de transferir calor a un cuerpo es aumentar su temperatura, es decir, energía interna. Otro efecto importante es provocar un cambio de estado y en esos casos la temperatura no cambia. Si a agua en estado liquida que se encuentra a 100 C° se le le agrega calor no aumentara su temperatura ya que esa energía ira para que cambie de estado.

Para que el calor se transfiera de un cuerpo a otro es que haya diferencia de temperatura entre ambos.

El calor se transmite siempre desde el cuerpo que tiene mayor temperatura hacia el que tiene menor temperatura. Cuando las temperaturas se igualan, no hay mas transferencia.

La cantidad de calor no sólo depende de la temperatura, sino también de la masa y de la capacidad de la sustancia para almacenar energía(Calor especifico). Entre una taza y una bañera con agua a la misma temperatura, la bañera tendra más calor porque hay mas agua.

Para medir la energía se utiliza el Joule con símbolo J. Para medir cantidades de calor también se suele usar la caloría, la cual es 1cal=4,186 J. Es una unidad de energía basada en el calor especifico del agua porque una caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar un grado Celsius un gramo de agua.

La transmisión del calor ocurre por conducción, convección y radiación.

   En la conducción, el calor viaja a través de sólidos, como cuando calientas una barra de metal y la tocas con la mano. Las partículas más cercanas al calor empiezan a vibrar y transfieren esa energía a las partículas cercanas, haciendo que el calor se desplace por el material hasta llegar a la mano. Esto ocurre porque las partículas más calientes tienen más energía y esa energía fluye hacia las zonas más frías.

   La ley de fourier explica los factores que afectan la conducción de calor. Esta ley establece que el flujo de calor entre dos cuerpos es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos, el área por el que fluye y la capacidad del material de conducir el calor, además el calor solo puede ir en un sentido: el calor sólo puede fluir del cuerpo más caliente hacia el más frío.

   La convección es el proceso de transferencia de calor que ocurre en fluidos (líquidos y gases), no en sólidos. Consiste en el movimiento de las partículas dentro de un fluido debido a las diferencias de temperatura. Cuando una porción de un líquido o gas se calienta, se vuelve menos densa y sube, mientras que la porción más fría y densa baja, creando un ciclo llamado corrientes de convección.

(Opcional) Dilatación es cuando un cuerpo recibe calor, aumenta el movimiento de sus moléculas y éstas tienden a ocupar más espacio, por lo que el tamaño del cuerpo aumenta, mientras que cuando se enfría se contrae.

   Por ultimo esta la radiación, pero es un proceso complejo que no es necesario explicar.

 (Opcional)La radiación térmica es la transferencia de calor sin necesidad de un medio material, como se observa cuando sentimos el calor de una estufa. Esto explica cómo el sol calienta la Tierra. A diferencia de la conducción y la convección, que requieren contacto directo o movimiento de fluidos, la radiación puede ocurrir en el vacío.

Fluidos

“Un fluido es una sustancia que tiene capacidad de fluir, como los líquidos y los gases. Esto ocurre porque la materia esta compuesta por moléculas que se atraen entre sí a través de una fuerza de atracción débil, lo que impide que puedan mantener una forma determinada y estable, diferenciandolos de los sólidos. Además, esta capacidad de fluir permite que estos se adapten a la forma del recipiente que las contiene.”

Los líquidos son cuerpos considerados incomprensibles pues la distancia medie entre las partículas es muy pequeña mientras que los gases son fácilmente comprensibles debido a que hay mucho espacio entre sus partículas, además los gases se expanden ocupando todo el recipiente que lo contiene.

Viscosidad: Hay líquidos que fluyen con más libertad que otros. La viscosidad describe la resistencia de un fluido de fluir. También se lo puede tomar como una medida de que tan espeso o pegajoso es un fluido.

• Un líquido como el agua tiene baja viscosidad, lo que significa que fluye fácilmente.
• Un fluido como la miel tiene alta viscosidad, lo que significa que fluye más lentamente y ofrece más resistencia al movimiento.

Un concepto importante es el del Caudal que nos sirve para comprender como se mueven los fluidos en distintos sistemas. Caudal es la cantidad de volumen de fluido que pasa por una sección por cada segundo.

Su fórmula es Q= Volumen/tiempo, que sus unidades son m3/seg. También se lo puede expresar como m2*velocidad.

La densidad es la Masa/Volumen, es importante ya que en ciertos calculos es necesaria, como el teorema de bernoulli.

Una propiedad fundamental del caudal es el Teorema de continuidad y dice que Q1=Q2

Esta ecuación dice que la cantidad de fluido que entra un tubo, es la misma cantidad con la que sale, por ejemplo, si en un tubo entran 5 litros por segundo, deben salir 5 litros de agua por segundo, sin importar si el tubo tiene más o menos radio a lo largo del mismo, esto pasa porque si se disminuye el área del tubo, la velocidad aumenta, y viceversa.

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